智能建筑智能化设计与实施

智能建筑智能化设计与实施

1智力家庭的现状和存在的问题智能建筑系统向人们展示了未来生活的发展趋势。在欧美及日本,智能家居已取得了重大进展,我国也加快了网络家庭发展的步伐。1.1智能家居系统集成的现状智能家居是将家庭中的各种设备(如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电、家用电器)通过家庭总线连接到一个家庭智能化系统上进行集中或异地监视、控制和家庭事务管理,并保持这些家庭设施与住宅环境和谐与协调。它是具有智能化互动功能的建筑、设备与信息的系统化集成。智能家居经历了单一专用系统、多功能系统、部分集成系统、一体化集成系统等阶段,未来的智能家居将向着集成化与开放性发展,由高收入人群向大众普及。目前市场上智能家居系统的现状:1)各厂商把自己单一的子系统称为智能家居。2)工程在实施中,各子系统只是简单堆砌,相互之间不能交换数据、统一控制。3)主机式集中控制系统使用模拟信号,每个监控点不具备任何数据处理能力,只是单纯地完成对继电的开关控制或采集无源的数据。4)遥控型系统受无线信号传输距离的限制,控制规模小。1.2应该解决的问题是智能家居需要解决1.2.1信息获取的标准1)家庭功能系统化及集成化划分还没有统一的标准,使信息无法有效传递和功能整合。2)智能家居系统中家电的管理需要依靠PC,且PC必须24小时工作,无论是升级和维护都很不方便。1.2.2智能家居内部家电的通信与管理1)各品牌的电器没有统一的接口标准,让不同厂家的智能电器无法连接在一起协同工作,相互发送与接收信息。2)智能家居内部电器的通信和管理没有一个统一的标准。3)智能家居系统是根据用户的要求进行布线,因此从硬件的角度讲很难进行系统升级和改造,可扩展性较差。2智能家居管理系统的结构2.1监控管理功能1)视频娱乐点播功能:家庭中各种数字娱乐设备状态和控制管理信息;各种音频视频和图像数据的管理使用。2)音响控制功能:家庭中各种音响设备状态控制信息。3)自动录像功能:录像机和刻录机等设备的控制信息。根据用户的需要对各种音频、视频、图像及多媒体数据进行存储和管理。4)洗浴功能:用户个人卫生清理。5)空气净化排风功能:保持家居环境中空气质量的良好状态,如加湿、调温、通风等功能控制。6)门防系统功能:用于住宅门窗的防范。对安置在门窗各处的传感器、探头和门磁开关的信号进行收集、管理和控制。7)可视对讲功能:对门厅安装的可视对讲室内机、答录机状态的控制。8)报警功能:在户内多处设报警按钮控制,当发生被盗、病人突发疾病等紧急情况时,可直接向小区保安中心报警。9)呼救系统功能:当发生紧急情况时自动向外界求救。10)采光系统功能:对室内所有照明设备的状态进行控制管理。11)多表抄送功能:将带有采集器的各种表与小区的物业中心连接,在主机上可随时抄录并打印出读数、计费情况。12)室内空气质量探测功能:监测室内空气质量,接收煤气探测、温度探测、烟雾探测状态,并对这些信息进行处理和控制。13)防盗系统功能:对红外移动探测、玻璃破碎震动等各种信号的收集和管理,确保室内安全。14)闭路监控系统功能:主要用于安防,也适用于家中有老人、小孩等需要照顾的人群,可通过网络远程观察需照顾人的状况。15)窗帘控制功能:对家中所有窗帘设备进行控制,可根据用户隐私需要和光亮程度自动控制窗帘的开合。16)远程接入服务功能:电子购物和物品配送信息;远程教育信息;远程医疗信息;信息家电远程维修信息;互联网信息等。17)烹饪系统功能:对各种烹饪设备,如电饭煲、自动炒菜锅、微波炉等同系列设备的控制管理。18)个人事务管理定时提醒功能:家庭办公和个人资料的管理、日程安排、环境设置的偏好、家庭电话号码簿及定时和提示功能等。19)家产存储信息系统:如家庭中存储物品(如食品、衣物等)的种类数量等状态的描述和信息控制。20)消防系统:对煤气泄漏以及温感、烟感信号的收集管理及自动灭火控制。21)卫生清理系统:对家庭卫生清理设备的控制管理,如洗衣机、洗碗机、消毒柜、电子垃圾桶、吸尘器等。2.2每个函数的信息流程如图1所示2.3智能家居信息之间的信号类型2.3.1表1显示了所有信息输入信号的总数这些信号可分为4大类:图像信号、声音信号、监控信号、数据信号。将这些信息量折算为波特率,总体信息特征如表2所示。2.3.2系统省管理子系统按以上各种信息以及信息的流向,建立信息的层次化组织结构,在不同层次级别上将21种功能按照用途及相关性分为以下系统:可视对讲、家庭安防、网络通信、互动娱乐、智能照明、家电控制等。再根据数据的内在性质、特征、级别等将这些系统集成化以后,基于最优化原理划分为4个功能模块——家庭娱乐信息管理、家庭安全防范、门禁门防、家居控制,来组织和建立信息的关联模型,实现对数据结构、关系和语义的描述,这一切均为建立标准化的信息结构模型和功能应用模型奠定了基础。3智能家居的解决方案3.1中央问题解决计划3.1.1家庭光控系统组成家庭娱乐信息管理、家庭安全防范、门禁门防、家居控制的模块详细信息如下:1)家庭娱乐信息管理模块包括:视频娱乐点播、音响控制、自动录像、个人事务管理定时提醒、多表抄送、采光系统、窗帘控制系统。点播功能通过外接的网络可点播各种视频信息,且与背景音乐控制整合,还可以直接进行视频选择切换,同时享受中央音响系统,当遇上用户喜欢或需要的节目启动自动录像。个人事务管理定时提醒主要包括个人名片管理、个人日程管理、电话留言、设备仪表状态、交费状况等。家庭采光信息功能借助被动式红外传感器、硅光电池探测器感知、采集房间内是否有人以及房间内的光线强度,并利用单片机控制灯的强弱及开关。2)家庭安全防范模块包括:防盗系统、监控系统、自动录像系统、报警系统、求救系统。振动传感器在玻璃破碎时产生报警信号;红外探测器在红外辐射能量发生变化时报警;微波防盗探测器探测到有物体移动时自动报警;录像系统接收到信号启动。系统组织结构如图2所示。3)门禁门防模块门禁门防系统传输的信号有模拟信号和数字信号两种。模拟信号包括视频信号和音频信号,数字信号包括呼叫信号、开锁信号、报警信号等。系统组织结构如图3所示。4)家居生活控制模块(1)家居设备控制:根据接收的家庭环境信息和初始设置条件,判断是否启动或停止家电设备;接收来自于用户发送的远程指令,对这些指令进行分析处理和合法性验证,再向家电设备发送控制命令。(2)环境检测设备:空气质量探测系统监测家庭中的环境情况,并将这些信息发送到控制接口模块中,最后将信息存入设备数据库中。(3)设备数据库:记录家电设备和探测器的状态信息、运行日志及控制规则。(4)设备协同工作:根据家电设备的运行状态,向设备控制模块发送命令,协调家电设备间的工作,系统组成结构如图4所示。以上4个功能模块的关键问题是各个功能模块间的协作,这也是本文中提到的须解决的第四个问题,笔者建议通过对模块接口的数学模型来解决此问题。3.1.2最高设备接口各功能模块下都有一个最高级别的设备,它是全局规划、控制、协作的管理设备,拥有该功能模块的信息数据库,能对所有下级设备包括自身的数据信息进行自动处理,能够把住户下达的任务或指示分解分配给下级设备完成。当遇到单个设备无法解决的问题,最高级别设备会在本功能模块中寻求协作,如寻求协作成功则搜寻结束;如未能在本功能模块中找到能提供协作的设备,则与其他三个模块的最高级别设备建立通信寻求协作,找到合作设备后搜寻结束,该过程如图5所示。以上工作是通过设备间接口实现的。按照不同等级将设备接口分为两类,即最高级别设备接口模型及普通设备接口模型。最高级别设备接口定义如图6所示。最高级别设备的接口结构主要是与用户的交互和与其他设备的交互:3)负责与用户的交互功能,理解用户的命令并将其转化为设备能理解执行的任务。4)负责消除任务冲突。5)负责将其他模块划分好的子任务分派给本模块的普通设备执行。6)在无人管理的情况下,维持该功能模块的正常状态,替代家庭PC,处理发生紧急情况的自动管理。普通设备接口定义如图7所示。普通级别设备的接口具有:3)负责对子任务执行情况的管理,并反馈给最高级别设备。4)自身设备数据信息存储。按照以上的数学模型来编程智能家居软件,可以解决核心问题,让智能家居功能最大限度地发挥作用,在方便人们生活的同时,尽可能优化结构、降低能耗。3.2智能家居通信标准建设各品牌的智能电器要连接在一起协同工作,需要整个行业制定统一的接口模块。智能家居内部电器的通信和管理,需要整个行业制定统一的通信标准。智能家居的实现,还需要在建筑设计及施工阶段对未来用户可能增加的功能、设备等提前考虑,预埋的管线尽可能为升级做好准备。4智能家居信息系统模型建立的理论基础本文是在国内外智能家居发展现状的基础上,利用图文对智能家居信息系统的关联和智能家居功能模块分块进行研究,取得以下研究成果:1)在已知各信息系统关联关系的基础上,根据各子系统间的关联关系和信息流量,建立了智能家居信息系统图。2)在已知家居各信息系统的负荷情况下,通过最优化原理将最优化问题分解成多阶段决策问题,从而快速有效地实现智能家居信息系统的全局负荷最优均衡。3)以智能